JP2019027519A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波動歯車装置において、可撓性外歯歯車の損傷を防ぐ構造を提供すること。
【解決手段】波動歯車装置は、中心軸を中心に回転するシャフトと、シャフトの回転数で回転する波動発生器と、中心軸を囲む筒状であって、波動発生器の径方向外側に配置され、波動発生器によって非真円状に撓められる可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車の径方向外側に配置され、可撓性外歯歯車と部分的に噛み合う内歯歯車とを備える。波動発生器の回転により、可撓性外歯歯車の径方向の長さが変位して、可撓性外歯歯車と内歯歯車との噛み合い位置が、周方向に変化する。可撓性外歯歯車は、軸方向に延びる筒状の胴部と、胴部の外周面の周方向に沿って一定間隔で設けられ、径方向外側に突出する複数の外歯と、複数の前記外歯それぞれと径方向に重なる位置に設けられ、胴部の内周面から、外歯の歯先に向かって凹む複数の凹部と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、波動歯車装置に関する。

国際公開第２０１３／１０５１２７号には、波動歯車装置が開示されている。波動歯車装置は、円環状の剛性内歯車と、剛性内歯車と噛み合う可撓性外歯車と、可撓性外歯車を楕円状に撓める波動発生器とを有している。可撓性外歯車が波動発生器によって楕円状に変形すると、剛性内歯車と可撓性外歯車とは部分的に噛み合い、噛み合い位置が周方向に移動する。そして、剛性内歯車と、可撓性外歯車との歯数の違いから、剛性内歯車と、可撓性外歯車との回転数に違いが生じる。これにより、波動歯車装置による減速を実現している。
国際公開第２０１３／１０５１２７号

国際公開第２０１３／１０５１２７号の可撓性外歯車は、リムと、リムの外周面に設けられた外歯とを有している。リムと外歯とは厚さが異なる。可撓性外歯車が波動発生器によって楕円状に変形すると、リムには楕円に変形した際の外周の引張りと内周の圧縮とが作用する。また、外歯の歯元には、内歯車との噛み合いにより、周方向への曲げ応力が作用する。このため、リムと外歯との境界には応力集中が発生し、リムにはせん断力が生じる。この結果、可撓性外歯車の疲労強度が減少し、波動歯車装置の性能が損なわれるおそれがある。

このような問題を鑑みて、本発明の目的は、波動歯車装置において、可撓性外歯歯車の損傷を防ぐ構造を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の波動歯車装置は、中心軸を中心に回転する入力軸と、前記中心軸を中心として、前記入力軸の回転数で回転する波動発生器と、前記中心軸を囲む筒状であって、前記波動発生器の径方向外側に配置され、前記波動発生器によって非真円状に撓められる可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の径方向外側に配置され、前記可撓性外歯歯車と部分的に噛み合う内歯歯車と、を備え、前記内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の一方は固定され、他方は前記中心軸を中心に回転し、前記可撓性外歯歯車と前記内歯歯車とは、歯数の違いによって相対回転し、前記波動発生器の回転により、前記可撓性外歯歯車の径方向の長さが変位して、前記可撓性外歯歯車と前記内歯歯車との噛み合い位置が、前記中心軸を中心に、周方向に変化し、前記可撓性外歯歯車は、軸方向に延びる筒状の胴部と、前記胴部の外周面の周方向に沿って一定間隔で設けられ、径方向外側に突出する複数の外歯と、複数の前記外歯それぞれと径方向に重なる位置に設けられ、前記胴部の内周面から、前記外歯の歯先に向かって凹む複数の凹部と、を有する。

本発明によれば、可撓性外歯歯車の外歯は空洞となっている。このため、内歯歯車と噛み合う際に、可撓性外歯歯車の外歯に周方向外側からの力がかかっても、応力集中は軽減される。この結果、外歯の歯元部分へかかる曲げ応力が低減され、可撓性外歯歯車の損傷を防ぐことができる。

図１は、本願の例示的な実施形態に係る波動歯車装置の断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 図３は、図２の一部拡大図である。 図４は、図３の可撓性外歯歯車のみを示す図である。 図５は、可撓性外歯歯車の斜視図である。 図６は、可撓性外歯歯車にかかる応力を説明するための図である。 図７は、中間外歯歯車を備えない波動歯車装置の断面図である。 図８は、本願の例示的な実施形態２に係る波動歯車装置の断面図である。 図９は、図８のIX−IX線の断面図である。 図１０は、可撓性外歯歯車の別の例を示す図である。

以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、波動歯車装置の中心軸と平行な方向を「軸方向」、波動歯車装置の中心軸に直交する方向を「径方向」、波動歯車装置の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、入力軸に対して出力軸側を上として、各部の形状および位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本願に係る波動歯車装置の使用時の向きを限定する意図はない。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

＜１．実施形態１＞
＜１．１．波動歯車装置の構成＞
図１は、本願の例示的な実施形態に係る波動歯車装置１００の断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。図３は、図２の一部拡大図である。

波動歯車装置１００はシャフト２を備えている。シャフト２は、中心軸９の軸方向に延びる円柱部材である。シャフト２は、不図示の電動機から回転力が伝達されて、中心軸９を中心として、周方向に回転する入力軸である。シャフト２は、例えば、ステンレス等の金属を材料としている。

波動歯車装置１００はハウジング３を備えている。ハウジング３は、波動歯車装置１００の不図示の部材により、中心軸９に対して回転不可に固定されている。波動歯車装置１００のハウジング３は、ベース部３１と、カバー部３２とを有している。ベース部３１は、径方向に拡がり、シャフト２を回転可能に保持している。カバー部３２は、軸方向に延び、軸方向上側端部が閉じられ、下側端部が開口した円筒部材である。ベース部３１は、カバー部３２の下側端部の開口に設けられている。

カバー部３２は、内歯歯車３３を有している。内歯歯車３３は、カバー部３２の内周面の周方向に沿って、複数の内歯３３１が設けられて構成されている。なお、内歯歯車３３は、カバー部３２の一部であってもよいし、カバー部３２と別部材であってもよい。

波動歯車装置１００は波動発生器４を備えている。波動発生器４は、非真円カム４１と、可撓軸受４２とを有している。

非真円カム４１は、軸方向から視て楕円形である。非真円カム４１は、シャフト２に固定されている。非真円カム４１は、中心軸９を中心に、シャフト２と共に回転する。

可撓軸受４２は、非真円カム４１の径方向外側に配置されている。可撓軸受４２は可撓性を有し、非真円カム４１に装着されている。非真円カム４１に装着されると、可撓軸受４２は、軸方向から視て、非真円カム４１の外周面に沿った楕円形に撓む。

波動歯車装置１００は中間外歯歯車５を備えている。中間外歯歯車５は、中心軸９を取り囲む円環形状を有し、可撓軸受４２の径方向外側に配置されている。中間外歯歯車５の外周面には、内歯歯車３３の複数の内歯３３１と異なる歯数の複数の外歯５１が、周方向に沿って設けられている。中間外歯歯車５は可撓性を有し、可撓軸受４２に装着されている。前記のように、非真円カム４１に装着されることで、可撓軸受４２は、軸方向から視て楕円形に撓む。このため、可撓軸受４２に装着された中間外歯歯車５も、楕円形に撓む。なお、中間外歯歯車５と、可撓軸受４２の外輪とは同一部材であってもよいし、別部材であってもよい。

波動歯車装置１００は可撓性外歯歯車６を備えている。図４は、図３の可撓性外歯歯車６のみを示す図である。図５は、可撓性外歯歯車６の斜視図である。

可撓性外歯歯車６は、軸方向に延びる筒状の胴部６１を有している。胴部６１は、中心軸９を囲み、中間外歯歯車５の径方向外側に配置されている。胴部６１の軸方向上側端部は、径方向内側に向かって拡がり、出力軸７に固定されている。これにより、可撓性外歯歯車６は、中心軸９を中心に、出力軸７と共に回転する。

胴部６１の軸方向の下側端部は、中間外歯歯車５と、内歯歯車３３との間に配置されている。胴部６１の下側端部の外周面には、周方向に沿って、一定間隔で複数の外歯６２が設けられている。また、胴部６１の下側端部の内周面には、外歯６２と径方向に重なる位置に、径方向に凹む凹部６３が設けられている。凹部６３は、内周面から外歯６２の歯先に向かって凹んでいる。つまり、胴部６１を軸方向から視ると、図４に示すように、凹凸が周方向に沿って、連続している。外歯６２と、凹部６３とで構成される歯形の肉厚は、径方向および周方向にわたって一定である。

可撓性外歯歯車６の外歯６２の歯数と、中間外歯歯車５の外歯５１の歯数とは同じである。可撓性外歯歯車６の凹部６３には、中間外歯歯車５の外歯５１が嵌る。これにより、可撓性外歯歯車６は、中間外歯歯車５と共に、中心軸９を中心に回転する。また、可撓性外歯歯車６は、内歯歯車３３と噛み合う。つまり、中間外歯歯車５は、可撓性外歯歯車６を介して、内歯歯車３３と噛み合う。

前記のように、可撓軸受４２は、非真円カム４１により楕円形に撓む。可撓軸受４２が楕円形に撓められることで、中間外歯歯車５および可撓性外歯歯車６も楕円形に撓む。これに対し、内歯歯車３３は真円形である。楕円形の可撓性外歯歯車６の短軸は、内歯歯車３３の内径よりも短く、可撓性外歯歯車６の長軸は、内歯歯車３３の内径と略同じである。したがって、可撓性外歯歯車６と、内歯歯車３３とは、周方向の２か所で噛み合っている。

シャフト２が回転すると、シャフト２と共に、非真円カム４１が回転する。非真円カム４１の回転により、可撓性外歯歯車６の径方向の長さが周方向に変位する。これにより、可撓性外歯歯車６と、内歯歯車３３との噛み合わせ位置が周方向に移動する。内歯歯車３３は回転不可に固定されている。その結果、歯数が異なる可撓性外歯歯車６と内歯歯車３３とが相対回転するとき、可撓性外歯歯車６は、シャフト２より小さい回転数で回転する。

出力軸７には、不図示の負荷が接続されている。出力軸７は、不図示の電動機からシャフト２に入力された回転を、負荷へ出力する出力部である。出力軸７は、中心軸９を中心に回転可能に、カバー部３２に保持されている。出力軸７には、可撓性外歯歯車６が固定されている。この例では、出力軸７と、可撓性外歯歯車６とは単一部材である。ただし、出力軸７と、可撓性外歯歯車６とは別部材であってもよい。出力軸７は、可撓性外歯歯車６と共に回転する。可撓性外歯歯車６は、前記のように、シャフト２よりも小さい回転数で回転する。このため、出力軸７も、シャフト２の回転数よりも小さい回転数で回転する。このように、波動歯車装置１００は、シャフト２から入力された回転を減速させて、出力軸７を介して負荷へ出力することができる。

＜１．２．可撓性外歯歯車６について＞
図６は、可撓性外歯歯車６にかかる応力を説明するための図である。可撓性外歯歯車６が内歯歯車３３と噛み合う際、可撓性外歯歯車６の外歯６２には、図６の矢印（Ａ）で示す、内側に向かう法線力が作用する。この法線力により、外歯６２には、周方向に沿った曲げ応力が働き、外歯６２の歯元にも応力が働く。可撓性外歯歯車６の外歯６２は、凹部６３を有しているため、内部が空洞となっている。このため、外歯６２に法線力が作用すると、外歯６２には、中間外歯歯車５から矢印（Ｂ）で示す、内側から外側に向かう反力（圧縮力）が働く。法線力と圧縮力とにより、外歯６２にかかる応力は軽減され、外歯６２の歯元へかかる曲げ応力も軽減される。その結果、可撓性外歯歯車６の損傷を防ぐことができる。

＜１．３．実施形態１の変形例＞
波動歯車装置１００は、中間外歯歯車５を備えていなくてもよい。

図７は、中間外歯歯車を備えない波動歯車装置の断面図である。図７は、図２に相当する図である。

中間外歯歯車を備えない場合、可撓性外歯歯車６は、可撓軸受４２に直接装着されている。可撓性外歯歯車６は、可撓軸受４２により楕円形に撓む。そして、シャフト２が回転すると非真円カム４１が回転し、可撓性外歯歯車６の径方向の長さが周方向に変位する。これにより、可撓性外歯歯車６と、内歯歯車３３との噛み合わせ位置が周方向に移動する。

この構成であっても、伝達される力の範囲で可撓性外歯歯車６と内歯歯車３３とが噛み合う際の、外歯６２にかかる応力は軽減される。その結果、外歯６２の歯元へかかる曲げ応力も軽減され、可撓性外歯歯車６の損傷を防ぐことができる。

＜２．実施形態２＞
実施形態２は、波動発生器の構成が実施形態１と相違する。

図８は、本願の例示的な実施形態２に係る波動歯車装置１００Ａの断面図である。図９は、図８のIX−IX線の断面図である。

シャフト２の軸方向上側端部には、回転板２１が設けられている。回転板２１は、軸方向から視て真円形であって、シャフト２と共に回転する。回転板２１には、波動発生器８が設けられている。

波動発生器８は、２つの遊星歯車部８１を有している。２つの遊星歯車部８１は、中心軸９を中心に点対称に、回転板２１に設けられている。２つの遊星歯車部８１は、それぞれ、支持軸８１１と、軸受８１２と、遊星歯車８１３とを有している。

支持軸８１１は、中心軸９を中心に点対称に、回転板２１に設けられている。支持軸８１１は、回転不可に回転板２１に固定されている。シャフト２および回転板２１が、中心軸９を中心に回転すると、２つの支持軸８１１は、中心軸９を中心に、周方向に移動する。

軸受８１２は、支持軸８１１の外周面に設けられている。遊星歯車８１３は、軸受８１２に装着され、支持軸８１１を中心に回転する遊星輪である。

遊星歯車８１３は外歯歯車である。遊星歯車８１３の外歯は、可撓性外歯歯車６の凹部６３に嵌る。可撓性外歯歯車６の外歯６２は、内歯歯車３３と噛み合う。つまり、２つの遊星歯車８１３は、可撓性外歯歯車６を介して、部分的に、内歯歯車３３と噛み合う。

可撓性外歯歯車６の外歯６２と、内歯歯車３３とは、周方向の２か所で噛み合っている。シャフト２が回転すると、回転板２１も回転する。これに伴い、２つの遊星歯車８１３は、中心軸９を中心に、周方向に移動する。これにより、可撓性外歯歯車６と、内歯歯車３３との噛み合わせ位置が周方向に移動する。内歯歯車３３は回転不可に固定されている。その結果、歯数が異なる可撓性外歯歯車６と内歯歯車３３とが相対回転するとき、可撓性外歯歯車６は、シャフト２より小さい回転数で回転する。可撓性外歯歯車６が固定される出力軸７も、シャフト２の回転数よりも小さい回転数で回転する。

この構成であっても、可撓性外歯歯車６と内歯歯車３３とが噛み合う際の、外歯６２にかかる応力は軽減される。その結果、外歯６２の歯元へかかる曲げ応力も軽減され、可撓性外歯歯車６の損傷を防ぐことができる。

なお、波動発生器８は、２つの遊星歯車８１３を有する構成としているが、遊星歯車の数はこれに限定されない。また、本願の「遊星輪」の一例として、遊星歯車を挙げて説明したが、外歯を有さない遊星ローラであってもよい。この場合、遊星ローラが、可撓性外歯歯車６を内歯歯車３３に押し付けることで、可撓性外歯歯車６と、内歯歯車３３とが噛み合う。

＜３．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

例えば、前記の実施形態では、可撓性外歯歯車６は、軸方向上側端部が、径方向内側に向かって拡がり、出力軸７に固定されている。しかしながら、可撓性外歯歯車６は、この構成に限定されない。

図１０は、可撓性外歯歯車６Ａの別の例を示す図である。可撓性外歯歯車６Ａの軸方向上側端部は、径方向外側に拡がっている。この構成の場合、出力軸を、前記の実施形態よりも、径方向外側に、配置させることができる。

また、実施形態１において、波動発生器４の構成は、実施形態２で説明した波動発生器８の構成としてもよい。この場合、波動発生器８の遊星歯車８１３に代えて、遊星ローラを用いる。実施形態１の中間外歯歯車５は、２つの遊星ローラにより、内歯歯車３３に押し付けられる。そして、中間外歯歯車５は、可撓性外歯歯車６を介して、内歯歯車３３と噛み合う。

その他、波動歯車装置の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態または変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本願は、波動歯車装置に利用できる。

２ ：シャフト
３ ：ハウジング
４ ：波動発生器
５ ：中間外歯歯車
６ ：可撓性外歯歯車
６Ａ ：可撓性外歯歯車
７ ：出力軸
８ ：波動発生器
９ ：中心軸
２１ ：回転板
３１ ：ベース部
３２ ：カバー部
３３ ：内歯歯車
４１ ：非真円カム
４２ ：可撓軸受
５１ ：外歯
６１ ：胴部
６２ ：外歯
６３ ：凹部
８１ ：遊星歯車部
１００ ：波動歯車装置
１００Ａ ：波動歯車装置
３３１ ：内歯
８１１ ：支持軸
８１２ ：軸受
８１３ ：遊星歯車

Claims (8)

1. 中心軸を中心に回転する入力軸と、
   前記中心軸を中心として、前記入力軸の回転数で回転する波動発生器と、
   前記中心軸を囲む筒状であって、前記波動発生器の径方向外側に配置され、前記波動発生器によって非真円状に撓められる可撓性外歯歯車と、
   前記可撓性外歯歯車の径方向外側に配置され、前記可撓性外歯歯車と部分的に噛み合う内歯歯車と、
   を備え、
   前記内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の一方は固定され、他方は前記中心軸を中心に回転し、
   前記可撓性外歯歯車と前記内歯歯車とは、歯数の違いによって相対回転し、
   前記波動発生器の回転により、前記可撓性外歯歯車の径方向の長さが変位して、前記可撓性外歯歯車と前記内歯歯車との噛み合い位置が、前記中心軸を中心に、周方向に変化し、
   前記可撓性外歯歯車は、
   軸方向に延びる筒状の胴部と、
   前記胴部の外周面の周方向に沿って一定間隔で設けられ、径方向外側に突出する複数の外歯と、
   複数の前記外歯それぞれと径方向に重なる位置に設けられ、前記胴部の内周面から、前記外歯の歯先に向かって凹む複数の凹部と、
   を有する、
   波動歯車装置。
2. 請求項１に記載の波動歯車装置であって、
   前記可撓性外歯歯車の外歯と凹部で構成される歯形の肉厚は一定である、
   波動歯車装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の波動歯車装置であって、
   前記内歯歯車は固定され、前記可撓性外歯歯車は、前記中心軸を中心に回転し、
   前記中心軸を中心に、前記可撓性外歯歯車とともに回転する出力軸と、
   をさらに備え、
   前記出力軸の回転数は、前記入力軸の回転数よりも低い、
   波動歯車装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の波動歯車装置であって、
   前記波動発生器は、
   前記可撓性外歯歯車の径方向内側に配置された複数の遊星輪、
   を有し、
   前記噛み合い位置において、前記可撓性外歯歯車の内周面に、前記遊星輪が接触している、
   波動歯車装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の波動歯車装置であって、
   前記波動発生器は、
   周方向の位置によって径が異なり、前記入力軸とともに、前記中心軸を中心に回転する非真円カムと、
   前記可撓性外歯歯車と、前記非真円カムとの間に配置された可撓軸受と、
   を有し、
   前記可撓軸受は、前記非真円カムの回転に応じて変形し、
   前記可撓性外歯歯車は、前記可撓軸受を介して、前記非真円カムの回転に応じて変形する、
   波動歯車装置。
6. 請求項５に記載の波動歯車装置であって、
   径方向における前記可撓軸受と、前記可撓性外歯歯車との間に配置され、前記可撓性外歯歯車の前記凹部に嵌る外歯を有する、可撓性の中間外歯歯車、
   を備え、
   前記中間外歯歯車は、前記可撓軸受を介して、前記非真円カムの回転に応じて変形する、
   波動歯車装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の波動歯車装置であって、
   前記可撓性外歯歯車は、前記胴部を支持する支持部を有し、
   前記支持部は、
   前記中心軸を囲む筒状であり、軸方向の一端が前記胴部に接続され、他端が、径方向内側に向かって拡がっている、
   波動歯車装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の波動歯車装置であって、
   前記可撓性外歯歯車は、前記胴部を支持する支持部を有し、
   前記支持部は、
   前記中心軸を囲む筒状であり、軸方向の一端が前記胴部に接続され、他端が、径方向外側に向かって拡がっている、
   波動歯車装置。
   

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